Как только ишачят ракетные движки?

    Освоение космоса — самое умопомрачительное из мероприятий, когда-либо проводимых населением земли. И огромную часть удивления составляет сложность. Освоение космоса осложняется толпой неурядиц, кои надо решить и преодолеть. К примеру, безвоздушное место, неполадка с температурой, неполадка повторного входа в атмосферу, орбитальная механика, микрометеориты и галлактический спам, галлактическая и солнечная радиация, логистика в критериях невесомости и альтернативное. Однако самая непростая неполадка — это же ординарно оторвать космолет от почвы. Тут и не обойтись без ракетного мотора, потому в данной статье мы разглядим конкретно это же изобретение населения земли.

    Как только ишачят ракетные движки?

    С одной стороны, ракетные движки так ординарно устроены, что за маленькую копейку вы сумеете выстроить ракету без помощи других. С альтернативный стороны, ракетные движки (и них топливные системы) так сложноваты, что доставкой граждан на орбиту, по большому счету, занимаются лишь три государства мира.

    Когда люди думают об движке либо моторе, они задумываются об вращении. Например, бензо двигатель седана осуществляет энергию вращения, дабы двигать колеса. Электродвигатель осуществляет энергию вращения для движения вентилятора либо диска. Паровой движок выполняет то же самое, дабы крутить паровую турбину.

    Ракетные движки важно различаются. Ракетные движки — это реактивные движки. Главный принцип движения ракетного мотора — это же небезизвестный принцип Ньютона, «на каждое воздействие существуют равное противодействие». Ракетный движок выбрасывает толпу в одном направлении, а уж благодаря принципу Ньютона движется в обратном направлении.

    Понятие «выбрасывания массы и движения по принципу Ньютона» возможно мудрено осознать с первого раза, так как ничего и не разобрать. Ракетные движки, кажется, ишачят с огнем, шумом и давлением, а уж и не «толкают вещи». Давайте разглядим несколько примеров, дабы получить наиболее полную картинку действительности.

    Ежели вы когда-нибудь стреляли из орудия, предпочтительно из дробовика 12-го калибра, то вы понимаете, что этакое отдача. Когда вы стреляете из орудия, оно дает для вас в плечо, довольно осязаемо. Этот толчок и существуют реакция. Дробовик выпуливает подле 30 гр сплава в одном направлении со скоростью все больше 1000 киллометрах/ч, и ваше плечо ощущает отдачу. Если б вы стояли на скейтборде либо были в роликах, то выстрел из дробовика сработал бы как только реактивный движок, и вы покатились бы в обратном направлении.

    Ежели вы когда-либо следили за работой пожарного шлага, вы наверное увидели, что его довольно мудрено удержать (время от времени пожарные вдвоем и втроем его держат). Шланг ишачит как только ракетный движок. Он выбрасывает влагу в одном направлении, а уж пожарные задействуют собственную силу, дабы противостоять реакции. Ежели они упустят рукав, он будет метаться всюду. Если б пожарные стоял на скейтбордах, пожарный рукав разогнал бы них перед началом солидной скорости.

    Когда вы надуваете воздушный шарик и выпускаете его, он летает по всей комнате, испуская воздух, — эдак ишачит ракетный движок. В этом случае вы выпускаете молекулы воздуха из шара. Почти все полагают, что молекулы воздуха ничего и не весят, однако это же и не эдак. Когда вы выпускаете них из шарика, шарик летит в обратном направлении.

    Очередной сценарий, который поможет растолковать воздействие и противодействие, — это же галлактический бейсбол. Представьте, что вы получились в скафандре в космос неподалеку от собственного галлактического судна, и у вас в руке бейсбольный мяч. Ежели вы его бросите, ваше тело среагирует в обратном направлении от мяча. Допустим, он весит 450 граммамх, а уж ваше тело совместно со скафандром весит 45 килограммов. Вы бросаете бейсбольный мяч весом практически в полкило со скоростью 34 киллометрах/ч. Таким макаром, вы ускоряете полукилограммовый мяч собственной рукою эдак, что он набирает скорость 34 киллометрах/ч. Ваше тело реагирует в обратном направлении, однако весит в 100 раз все больше мяча. Таким макаром, оно воспринимает одну сотую увеличения скорости мяча, либо 0,34 киллометрах/ч.

    Ежели вы желаете сделать огромную тягу от собственного бейсбольного мяча, у вас существуют два случая: прирастить его толпу либо прирастить увеличение скорости. Вы сможете кинуть мячик потяжелее либо кидать мячи один за одним, или кинуть мяч скорее. Однако на этом все.

    Ракетный движок, обычно, выбрасывает толпу в форме газа под высоченным давлением. Движок выбрасывает толпу газа в одном направлении, дабы получить реактивное движение в обратном направлении. Толпа идет от веса горючего, которое сгорает в движке ракеты. Процесс горения ускоряет массы горючего эдак, что они вынянчат из сопла ракеты на высочайшей скорости. Тамошний факт, что горючее преобразуется из жесткого туловища либо воды в ходе сгорания, ничуть и не обменивает его толпу. Ежели вы сожжете килограмм ракетного горючего, вы получите килограмм выхлопа в образе жарких газов на высочайшей скорости. Процесс сжигания ускоряет толпу.

    Содержание

    • 1 Тяга
    • 2 Твердотопливные ракеты: топливная эмульсия
    • 3 Твердотопливные ракеты: изменения
    • 4 Жидкотопливные ракеты
    • 5 Будущее ракетных движков

    Тяга

    «Сила» ракетного мотора именуется тягой. Тяга измеряется в ньютонах в метрической системе и «фунтах тяги» в США (4,45 ньютона тяги эквивалентны единому фунту тяги). Фунт тяги — это же количество тяги, нужное для удержания 1-фунтового объекта (0,454 килограммов) недвижимым относительно силы тяжести Почвы. Увеличение скорости земной гравитации составляет 9,8 м/с?.

    Одной из смешных неурядиц ракет будет то, что топливный вес, обычно, в 36 раз все больше полезной перегрузки. Так как кроме тамошнего, что движку надо подымать вес, тот же вес и содействует своему подъему. Дабы вывести крохотного человека в космос, востребована большая ракета и много-много горючего.

    Традиционная скорость для хим ракет составляет от 8000 перед началом 16 000 киллометрах/ч. Горючее пылает подле двух минут и производит 3,3 миллиона фунтов тяги на старте. Три главных мотора галлактического шаттла, к примеру, сжигают горючее в течение восьми минут и вырабатывают подле 375 000 фунтов тяги каждый в ходе горения.

    Дальше мы разглядим топливные растворы твердотопливных ракет.

    Твердотопливные ракеты: топливная эмульсия

    Ракетные движки на жестком горючем — это же первые движки, сделанные человеком. Они были придуманы сотки годов назад в Китае и употребляются до сего времени. Об красноватых отблесках ракет поется в государственном гимне (напечатанном сначала 1800-х) — имеются в образу маленькие боевые ракеты на жестком горючем, расходуемые для доставки бомб либо зажигательных механизмов. Видите ли, этакие ракеты есть уже давненько.

    Мысль, которая покоится в базе ракеты на жестком горючем, достаточно ординарна. Для вас надо сделать нечто, что будет резво пылать, однако и не лопаться. Как только вы понимаете, порох и не подступает. Оружейный порох на 75 % состоит из нитрата (селитры), 15 % угля и 10 % серы. В ракетном движке взрывы и не надобны — надо, дабы горючее горело. Можно сконфигурировать эмульсия перед началом 72 % нитрата, 24 % угля и 4 % серы. Заместо пороха вы получите ракетное горючее. Эта эмульсия будет резво пылать, однако и не взорвется, ежели адекватно ее загрузить. Вот своеобразная расчетная схема:

    Слева вы видите ракету перед началом зажигания. Жесткое горючее отображается темно-зеленым оттенком. Оно в форме цилиндра с трубой, просверленной по центру. При зажигании топливо сгорает вдоль стены трубы. По мере горения оно выгорает к корпусу, пока что и не сгорит целиком. В маленький фотомодели ракетного мотора либо крохотной ракетке процесс горения может продолжаться в течение секунды либо тамошнего все меньше. В объемной ракете же горючее пылает более двух минут.

    Твердотопливные ракеты: изменения

    Читая описание для современных твердотопливных ракет, частенько можно определить вот этакое:

    «Ракетное горючее состоит из перхлората аммония (окислитель, 69,6 % по весу), алюминия (горючее, 16 %), оксида железа (стимулятор, 0,4 %), полимера (связывающей растворы, удерживающей горючее совместно, 12,04 %) и эпоксидный отверждающий агент (1,96 %). Перфорация выполнена в форме 11-конечной суперзвезды в фронтальном секторе мотора и в форме два раза усеченного конуса в каждом из других частей, включая конечный. Такова конфигурация обеспечивает высоченную тягу при розжиге, а уж потом сокращает тягу приблизительно на третья часть спустя 50 секунд опосля старта, предотвращая перенапряжение аппарата во время наибольшего динамического давления». — NASA

    Тут разъясняется не совсем только состав горючего, да и форма канала, пробуренного посередине горючего. «Перфорация в образе 11-конечной звезды» может высмотреть вот эдак:

    Смысл в фолиант, дабы прирастить площадь поверхности канала, а уж означает, прирастить площадь выгорания, а уж означает — тягу. По мере тамошнего, как только горючее сгорает, форма изменяется к кругу. В случае с галлактическим шаттлом такова форма предлагает сильную исходную тягу и едва послабее — в середине полета.

    Твердотопливные движки владеют тремя необходимыми привилегиями:

    • простота
    • низкорослая цена
    • сохранность

    Однако существуют и два изъяна:

    • тягу нереально держать под контролем
    • опосля зажигания движок нельзя отключить либо запустить повторно

    Недочеты означают, что твердотопливные ракеты полезны для недолговременных задач (ракеты) либо систем увеличения скорости. Ежели для вас пригодится заведовать движком, для вас придется обратиться к системе водянистого горючего.

    Жидкотопливные ракеты

    В 1926 году Роберт Годдард испытал первый движок на базе водянистого горючего. Его движок употреблял бензин и водянистый кислород. А также он пробовал решить и решил ряд базовых неурядиц в конструкции ракетного мотора, включая механизмы накачки, тактики остывания и управляющие механизмы. Конкретно эти трудности проделывают ракеты с водянистым топливом таковыми сложноватыми.

    Главная мысль ординарна. В большинстве жидкотопливных ракетных движках горючее и окислитель (к примеру, бензин и водянистый кислород) закачиваются в фотокамеру сгорания. Там они сгорают, дабы сделать поток жарких газов с высочайшей скоростью и давлением. Эти газы проходят сквозь сопло, которое еще более них ускоряет (от 8000 перед началом 16 000 киллометрах/ч, обычно), а уж опосля вынянчат. Ниже вы отыщите элементарную схему.

    Эта расчетная схема и не демонстрирует фактические трудности традиционного мотора. Например, норальное горючее — это прохладный водянистый газ вроде водянистого водорода либо водянистого кислорода. Одной из больших неурядиц этакого мотора является остывание видеокамеры сгорания и сопла, потому прохладная жидкость на первых парах циркулирует вокруг перегретых элементов, дабы охладить них. Насосы обязаны генерировать очень высочайшее давление, дабы преодолеть давление, которое образовывает в видеокамере сгорания сжигаемое горючее. Вся эта подкачка и остывание выполняет ракетный движок все больше схожим на неудачную попытку сантехнической самореализации. Давайте поглядим на все про все облики композиций горючего, эксплуатируемого в жидкотопливных ракетных движках:

    • Водянистый водород и водянистый кислород (главные движки галлактических шаттлов).
    • Бензин и водянистый кислород (первые ракеты Годдарда).
    • Керосин и водянистый кислород (использовались на первой ступеньке «Сатурна-5» в програмке «Аполлон»).
    • Спирт и водянистый кислород (использовались в германских ракетах V2).
    • Четырехокись азота/монометилгидразин (использовались в движках «Кассини»).

    Будущее ракетных движков

    Мы привыкли созидать хим ракетные движки, кои сжигают горючее для изготовления тяги. Однако существуют толпа остальных методов для получения тяги. Неважно какая система, которая способна толкать толпу. Ежели вы желаете убыстрить бейсбольный мячик перед началом неописуемой скорости, для вас востребован жизнестойкий ракетный движок. Единственная неполадка при этаком подходе — это же выброс, который будет тянуться сквозь место. Эта самая маленькая неполадка приводит к тамошнему, что ракетные инженеры предпочитают газы пылающим препаратам.

    Почти все ракетные движки позарез минимальны. Например, движки ориентации на спутниках вообщем и не производят огромную тягу. Время от времени на спутниках почти и не употребляется горючее — газообразный азот под давлением выбрасывается из резервуара сквозь сопло.

    Новейшие конструкции обязаны определить метод убыстрить ионы либо атомные крупицы перед началом высочайшей скорости, дабы предпринять тягу наиболее действенной. А уж пока что будем пробовать выполнять электрические движки и ожидать, что там гораздо выбросит Элон Маск со собственным SpaceX.